CN109014574A - 智能激光焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明申请属于激光焊接技术领域，具体公开了一种智能激光焊接装置，包括激光头、真空室、工作台单元和激光透射单元，所述真空室上端开设有透射孔，所述激光透射单元安装在真空室的透射孔处，所述工作台单元位于真空室内，所述激光头发出的激光束通过激光透射单元投射到工作台单元上对工件进行焊接，所述真空室一侧设有进料口，真空室另一侧设有出料口，所述进料口处滑动密封设有进料门，所述出料口出滑动密封设有出料门。与现有技术相比，本装置大大减少了等离子体羽烟沉积在激光透射镜片上，从而提高了工件激光焊接的质量，同时有效保证了真空环境，简化了操作焊接操作步骤。

Description

智能激光焊接装置

技术领域

本发明属于激光焊接技术领域，具体公开了一种智能激光焊接装置。

背景技术

激光焊接以激光束为能源，使其冲击在焊件接头上，以达到焊接目的。近些年工业激光器得到了飞速发展，功率大、光束质量高的光纤激光器和碟片激光器不断涌现。激光焊接在厚板深熔焊方面的应用备受关注，激光焊接在厚板焊接的应用越来越多。研究发现，激光焊接的熔深并不是随着激光功率的增加而线性增加；当激光功率增加到一定程度，由于等离子体羽烟的屏蔽效应激光深熔焊的熔深不再增加，焊接过程还可能会终止。而另一项研究表明，真空激光焊接可以显著增加熔深，具有和电子束焊接相近的穿透能力；并且真空激光焊接不需要射线保护，对材料的适用性相对于电子束焊接更广。

真空激光焊接装置一般利用工业激光焊接头发出的激光，经激光透射镜片入射到真空室内实施激光焊接过程。然而在实际生产中，激光焊接产生的等离子体羽烟会沉积在激光透射镜片上，一方面严重影响激光的传输，降低焊接质量；另一方面激光透射镜片造价高，不宜频繁更换。同时，真空激光焊接装置在焊接前将工件放入真空室中，和焊接后取出真空室操作都很繁琐，不利于实现快速焊接；且由于工件的放入和取出真空室，会造成真空室的真空环境被改变，混入其他空气，不能保证较好激光焊接效果。

发明内容

本发明的目的在提供一种智能激光焊接装置，以解决真空激光焊接产生的等离子体羽烟会沉积在激光透射镜片上，造成焊接质量不佳的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：智能激光焊接装置，包括激光头、真空室、工作台单元和激光透射单元，所述真空室上端开设有透射孔，所述激光透射单元安装在真空室的透射孔处，所述工作台单元位于真空室内，所述激光头发出的激光束通过激光透射单元投射到工作台单元上对工件进行焊接，所述真空室一侧设有进料口，真空室另一侧设有出料口，所述进料口处滑动密封设有进料门，所述出料口出滑动密封设有出料门；

所述真空室的一端设有与进料口连通的进料室，所述真空室的另一端设有与出料口连通的出料室，所述进料室可朝进料口方向伸长和压缩；所述进料室连通有第一抽气泵和储气瓶，进料室内靠近进料口处设有第一工作台，进料室远离真空室的一端设有第一挡门；出料室内靠近出料口处设有第二工作台，出料室远离真空室的一端设有第二挡门；

所述真空室连通有第二抽气泵，所述工作台单元包括宽度小于工件的台板，以及铰接在台板两侧的第一推板和第二推板，第一推板下端沿台板方向设有第一滑槽，进料门上端滑动连接在滑槽内，进料门滑动打开进料口可带动第一推板可经进料口伸出至第一工作台上；第二推板下端沿台板方向设有第二滑槽，出料门上端滑动连接在第二滑槽内，出料门滑动打开出料口可带动第二推板可经出料口伸出至第二工作台上；第一工作台高于台板，第二工作台低于台板；

所述真空室外一侧固定有第一电磁铁，真空室外另一侧固定有第二电磁铁，第一电磁铁和第二电磁铁均通电时异级相对；所述激光透射单元包括激光透射镜片和固定在真空室位于透射孔处的箱筒，激光透射镜片嵌设在箱筒内，箱筒的下端一圈嵌设有冷水管，冷水管连通有冷水循环单元。

本基础方案的工作原理在于：本装置在使用前，可先向储气瓶内加入保护气体，关闭进料口和出料口，使用第二抽气泵将真空室抽至真空状态。本装置使用时，打开第一挡门，将待焊接的工件放在第一工作台上，关闭第一挡门，启动第一抽气泵将进料室抽成真空状态，再打开储气瓶使进料室内充满保护气体，对工件进行保护。然后向下滑动进料门使进料口打开，进料门向下滑动过程中，第一推板将随之移动下移，由于第一推板的一端铰接在台板上位置不得变动，从而进料门的上端在第一滑槽中滑动，进而使第一推板伸出进料口到第一工作台上。向进料口方向压缩出料室，第一工作台上的工件将会被推送至第一推板上，由于第一工作台高于台板，在工件的重力作用下工件将会经第一推板滑落至台板上，进料室的保护气体也将会进入真空室内，待工件进入真空室后向上滑动进料门关闭进料口，进料门同时在第一滑槽内滑动带动第一推板的一端上移，从而将工件完全推至台板上。

此时可启动第二抽气泵对真空室内进行抽气，使真空室成为真空状态，再给第一电磁铁和第二电磁铁通电，第一电磁铁和第二电磁铁均通电时异级相对，则可在真空室内产生磁场；然后利用激光头的激光通过激光透射镜投射到工作台单元上的工件上，完成对工件进行焊接。

在工件焊接过程中，所产生的等离子体羽烟将会在磁场的作用下向真空室两侧移动，从而吸附在真空室的侧壁上；从而避免等离子体羽烟在激光透射镜片上沉积，有效保护激光透射镜片长时间稳定工作。本装置使用一段时间后，可对真空室侧壁进行清理，进一步避免离子体羽烟在激光透射镜片上沉积。

使用本装置对工件焊接的同时，可启动冷水循环单元，持续给冷水管内循环通入冷水，从而使箱筒下端被冷却，进而使激光透射镜片附近被冷却，实现减少激光焊接产生的等离子体羽烟吸附于激光透射镜片上，影响工件焊接的质量。

工件焊接完成之后向下滑动出料门，出料门的上端将会在第二滑槽内滑动，带动第二推板远离台板的一端下移并伸出出料口至第二工作台上；此时打开第二挡门，空气进入出料室和真空室，由于第二工作台低于台板，工件在重力作用下沿第二推板滑落至第二工作台上，可从第二工作台上取出完成激光焊接的工件。

重复上述步骤，可实现连续对工件进行加工。由于台板宽度小于工件宽度，第一推板在进料门的作用倾斜设置，第二推板在出料门的作用下倾斜，第一推板和第二推板相对设置，从而可将工件引导至台板中间的位置，便于对工件的快速定位和加工。

本基础方案的有益效果在于：

1、本装置可对真空室的真空环境根据需要进行控制和调整，并根据需要在工件焊接前先采用保护气体包裹保护，从而使工件的焊接效果好，且便于实现快速焊接。

2、本装置通过冷却作用对激光透射镜片下方进行冷却，减少激光透射镜片下方因激光温度较高产生较多等离子体羽烟，从而减少等离子体羽烟吸附于激光透射镜片上，减少因激光透射镜片的透射作用不佳，影响激光焊接的效果。

3、本装置通过磁场作用，对产生的等离子体羽烟进行分散吸附，从而避免激光焊接产生的等离子体羽烟附着在激光透射镜片上，降低激光焊接的质量。

4、本装置使用过程中，通过打开真空室的进料口和出料口，在进料门和出料门打开的作用下即可实现对工件的传递，进而使激光焊接工件的操作简化和智能化，同时还进一步保证了工件激光焊接的效果。

与现有技术相比，本装置大大减少了等离子体羽烟沉积在激光透射镜片上，从而提高了工件激光焊接的质量，同时有效保证了真空环境，简化了操作焊接操作步骤。

进一步，所述箱筒上端设有向激光透射镜片上方抽气的风扇，所述冷水循环单元包括冷水箱、水泵和热水箱，冷水箱上端开口，冷水箱位于风扇远离透射镜片的一侧，冷水管一端连通于冷水箱，冷水管另一端连通于热水箱。

冷水循环单元使用时，开启气泵将冷水箱泵入冷水管中，从而使冷水管对箱体下端进行冷却作用，冷水在对箱筒冷却后将会进入热水箱中被回收；此过程中，可开启风扇，风扇将会把冷水箱上方被冷水箱冷却的空气抽吸至激光透射镜片放上，进一步对激光透射镜片进行冷却，进一步保证工件激光焊接的效果，同时还是激光透射镜片的上方形成气流，避免灰尘累积在激光透射镜片上表面，影响工件激光焊接加工的效果。

进一步，所述进料室远离真空室的一侧设有挡板，所述真空室上设有活塞杆与挡板固定的气缸。

进料室沿进料口的伸长和压缩可采用气缸控制，控制气缸使活塞杆缩短时，活塞杆将会拉动挡板，控制气缸使活塞杆伸长时，活塞杆将会把挡板沿进料口推出，从而实现便于控制进料室的伸长和压缩。

进一步，所述第一挡门上设有朝向第一工作台的推杆。

第一推杆在进料室压缩时，会对第一工作台上端的工件进行推动，从而使工件更便于沿第一推板进入真空室内。

进一步，所述真空室上端位于箱筒外沿处放置有磁环，所述真空室内设有与磁环吸附的防护筒，防护筒中心处设有用于使激光穿过的透明防护镜。

激光头发出的激光束通过激光透射镜片，在防护筒内经透明防护镜投射到工作台单元上对工件进行焊接，防护筒和透明防护镜片完全隔离了激光焊接工件时产生的等离子体羽烟，进一步保证了工件激光焊接的效果和激光透射镜片的使用寿命。本装置在使用过程中，若是需要移动激光的位置，可通过移动磁环，从而移动防护筒位置，使激光与透明防护镜对齐，进而保证激光头的激光顺利达到工作台单元的工件上。

进一步，所述第一挡门铰接在挡板上，第二挡门铰接在出料室上，第一挡门的外沿设有将进料室密封的第一密封圈，第二挡门的外沿设有将进料室密封的第二密封圈。

第一挡门和第二挡门的设置可便于对工件进行激光焊接操作，第一密封圈和第二密封圈则是为了保证工件加工时将其抽至真空环境。

进一步，所述第一工作台上设有第一卡槽，第一推板上设有与卡槽配合的第一搭扣，第一卡槽和第一搭扣相互配合的端面设有第一磁吸结构；所述第二工作台上设有第二卡槽，第二推板上设有与卡槽配合的第二搭扣，第二卡槽和第二搭扣相互配合的端面设有第二磁吸结构。

第一推板在进料门的作用下伸出进料口至第一工作台上时，在第一磁吸结构的作用下，第一搭扣和第一卡槽将会自动扣合，从而更便于工件推入真空室内；第二推板在出料门的作用下伸出出料口至第二工作台上时，在第二磁吸结构的作用下，第二搭扣和第二卡槽将会自动扣合，从而更便于工件推出真空室内。

附图说明

图1是本发明智能激光焊接装置实施例的结构示意图；

图2是图1的纵向剖视图(第一抽气泵、第二抽气泵、储气瓶、冷水循环单元未示出)。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：激光头10、真空室20、进料口21、进料门22、出料口23、出料门24、第二抽气泵25、第一电磁铁26、台板30、第一推板31、第一搭扣311、第一滑槽32、第二推板33、第二搭扣331、第二滑槽34、透射孔40、箱筒41、激光透射镜片42、磁环43、防护筒44、透明防护镜片45、冷水管50、风扇51、冷水箱52、热水箱53、进料室60、第一工作台61、第一卡槽611、第一挡门62、第一抽气泵63、储气瓶64、挡板65、气缸66、推杆67、出料室70、第二挡门71、第二工作台72、第二卡槽721。

如图1、图2所示，智能激光焊接装置，包括激光头10、真空室20、工作台单元和激光透射单元，真空室20上端开设置了透射孔40，激光透射单元安装在真空室20的透射孔40处，工作台单元位于真空室20内，激光头10发出的激光束通过激光透射单元投射到工作台单元上对工件进行焊接。激光头10为工业激光焊接头，连接工业激光器使用，激光头10采用支架固定在真空室20上方与透射孔40位置对齐，并可在透射孔40内移动，工业激光器可以为YAG激光器、YC02激光器、碟片激光器等。

真空室20左侧设置了进料口21，真空室20右侧设置了出料口23，进料口21处滑动密封设置了进料门22，出料口23出滑动密封设置了出料门24。本实施例中真空室20内位于进料口21处竖直滑动设置进料门22，进料门22下端穿过真空室20下部的内壁伸出真空室20外，便于从真空室20外控制进料门22的滑动；真空室20位于出料口23处竖直滑动设置出料门24，出料门24的下端穿过真空室20下部的内壁伸出真空室20外，便于从真空室20外控制出料门24的滑动；进料门22靠近进料口21的一侧、出料门24靠近出料口23的一侧均设置了橡胶密封垫，当进料门22将进料口21遮挡时，在橡胶密封垫的作用下进料口21被密封，当出料门24将出料口23遮挡时，在橡胶密封垫的作用下出料口23被密封。

真空室20的左端设置了与进料口21连通的进料室60，真空室20的右端设置了与出料口23连通的出料室70，进料室60可朝进料口21方向伸长和压缩；本实施例中进料室60包括与进料口21处的真空室20固定连接的不可伸缩部分和与不可伸缩部分连接的可伸缩部分，可伸缩部分的进料室60采用类似于波纹管的结构制成，通过波纹的折叠和拉伸实现进料室60的伸缩。进料室60左侧固定了挡板65，真空室20上固定了气缸66，气缸66的活塞杆朝向挡板65并与挡板65固定，通过控制气缸66活塞杆的伸缩，可控制进料室60的伸缩。进料室60连通有第一抽气泵63和储气瓶64，进料室60内右侧靠近进料口21处设置了第一工作台61，挡板65上设置了关闭和打开进料室60的第一挡门62，第一挡门62上设有朝向第一工作台61的推杆67。出料室70内左侧靠近出料口23处设置了第二工作台72，出料室70右端设置了关闭和打开出料室70第二挡门71。本实施例中，第一挡门62的下端铰接在挡板65上，第二挡门71的下端铰接在出料室70右侧，第一挡门62的外沿设有将进料室60密封的第一密封圈，第二挡门71的外沿设有将进料室60密封的第二密封圈，第一密封圈和第二密封圈均由橡胶材料制成。

真空室20连通有第二抽气泵25，工作台单元包括宽度小于工件的台板30，以及铰接在台板30两侧的第一推板31和第二推板33，第一推板31下端沿台板30方向设置了第一滑槽32，进料门22上端滑动连接在第一滑槽32内，进料门22向下滑动打开进料口21，进料门22的上端将会在第一滑槽32内滑动，可带动第一推板31可经进料口21伸出至第一工作台61上。第二推板33下端沿台板30方向设置了第二滑槽34，出料门24上端滑动连接在第二滑槽34内，出料门24向下滑动打开出料口23，出料门24的上端将会在第二滑槽34内滑动，可带动第二推板33可经出料口23伸出至第二工作台72上；第一工作台61高于台板30，第二工作台72低于台板30。第一工作台61上设有第一卡槽611，第一推板31上设有与卡槽配合的第一搭扣311，第一卡槽611和第一搭扣311相互配合的端面设有第一磁吸结构；第二工作台72上设有第二卡槽721，第二推板33上设有与卡槽配合的第二搭扣331，第二卡槽721和第二搭扣331相互配合的端面设有第二磁吸结构；第一磁吸结构和第二磁吸结构均为嵌设在相关结构的磁粉。

真空室20外前侧固定有第一电磁铁26，真空室20外后侧固定有第二电磁铁(图中为示出)，第一电磁铁26和第二电磁铁通电时均通电时异级相对，真空室20外部设置了同时控制第一电磁铁26和第二电磁铁通电的开关。

激光透射单元包括激光透射镜片42和固定在真空室20位于透射孔40处的箱筒41，激光透射镜片42嵌设在箱筒41内，箱筒41的下端一圈嵌设置了冷水管50，冷水管50连通有冷水循环单元。本实施例中，冷水循环单元包括冷水箱52、水泵(图中为示出)和热水箱53，冷水管50一端连通于冷水箱52，冷水管50另一端连通于热水箱53。为了从外部降低激光透射镜片42的温度，箱筒41上端设有向激光透射镜片42上方抽气的风扇51，冷水箱52位于风扇51远离透射镜片的一侧。真空室20上端位于箱筒41外沿处放置有磁环43，磁环43上设置了便于移动磁环43的把手，真空室20内设有与磁环43吸附的防护筒44，防护筒44中心处设有用于使激光穿过的透明防护镜。

使用本装置激光焊接工件前，向储气瓶64内加入保护气体，关闭进料口21和出料口23，使用第二抽气泵25将真空室20抽至真空状态，并在冷水箱52内加入冷水。激光焊接工件时，打开第一挡门62，将待焊接的工件固定好并放在第一工作台61上，关闭第一挡门62，启动第一抽气泵63将进料室60抽成真空状态，再打开储气瓶64使进料室60内充满保护气体，对工件进行保护。然后向下滑动进料门22使进料口21打开，进料门22向下滑动使第一推板31伸出进料口21到第一工作台61上，在第一磁吸结构的作用下第一搭扣311吸合在第一卡槽611上；此时控制气缸66压缩进料室60，推杆67将会推动第一工作台61上的工件滑动至第一推板31上，由于第一工作台61高于台板30，在工件的重力作用下工件将会经第一推板31滑落至台板30上，进料室60的保护气体也将会进入真空室20内，待工件进入真空室20后向上滑动进料门22关闭进料口21，进料门22同时在第一滑槽32内滑动带动第一推板31的一端上移，从而将工件完全推至台板30上。

可启动第二抽气泵25对真空室20内进行抽气，使真空室20成为真空状态，再给第一电磁铁26和第二电磁铁通电，第一电磁铁26和第二电磁铁均通电时异级相对，则可在真空室20内形成磁场。握住手柄移动磁环43，使激光通过激光透射镜片42和透明防护镜片45与工件所需焊接的位置对准，然后利用激光头10的激光通过激光透射镜投射到工作台单元上的工件上，完成对工件进行焊接。

在工件焊接过程中，所产生的等离子体羽烟将会在磁场的作用下向真空室20两侧移动，从而吸附在真空室20的侧壁上；防护筒44和透明防护镜片45完全隔离了激光焊接工件时产生的等离子体羽烟，从而避免等离子体羽烟在激光透射镜片42上沉积，有效保护激光透射镜片42长时间稳定工作。本装置使用一段时间后，可对真空室20侧壁进行清理。

使用本装置对工件焊接的同时，可启动冷水循环单元和风扇51，水泵将会持续给冷水管50内通入冷水，从而使箱筒41下端被冷却，进而使激光透射镜片42附近被冷却，实现减少激光焊接产生的等离子体羽烟吸附于激光透射镜片42上，影响工件焊接的质量。风扇51将会把冷水箱52上方被冷水箱52冷却的空气抽吸至激光透射镜片42放上，进一步对激光透射镜片42进行冷却，进一步保证工件激光焊接的效果，同时还是激光透射镜片42的上方形成气流，避免灰尘累积在激光透射镜片42上表面，影响工件激光焊接加工的效果。

工件焊接完成之后向下滑动出料门24，出料门24带动第二推板33远离台板30的一端下移并伸出出料口23至第二工作台72上，在第二磁吸结构的作用下第二搭扣331吸合在第二卡槽721上；此时打开第二挡门71，空气进入出料室70和真空室20，由于第二工作台72低于台板30，工件在重力作用下沿第二推板33滑落至第二工作台72上，可从第二工作台72上取出完成激光焊接的工件。

重复上述步骤，可实现连续对工件进行激光焊接加工。本实施例中，水泵、气缸、第一电磁铁、第二电磁铁、风扇、第一抽气泵、第二抽气泵等的控制可编写所需的程序实现自动控制，从而使本装置的使用智能化。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (7)

1.智能激光焊接装置，包括激光头、真空室、工作台单元和激光透射单元，所述真空室上端开设有透射孔，所述激光透射单元安装在真空室的透射孔处，所述工作台单元位于真空室内，所述激光头发出的激光束通过激光透射单元投射到工作台单元上对工件进行焊接，其特征在于，所述真空室一侧设有进料口，真空室另一侧设有出料口，所述进料口处滑动密封设有进料门，所述出料口出滑动密封设有出料门；

所述真空室的一端设有与进料口连通的进料室，所述真空室的另一端设有与出料口连通的出料室，所述进料室可朝进料口方向伸长和压缩；所述进料室连通有第一抽气泵和储气瓶，进料室内靠近进料口处设有第一工作台，进料室远离真空室的一端设有第一挡门；出料室内靠近出料口处设有第二工作台，出料室远离真空室的一端设有第二挡门；

所述真空室连通有第二抽气泵，所述工作台单元包括宽度小于工件的台板，以及铰接在台板两侧的第一推板和第二推板，第一推板下端沿台板方向设有第一滑槽，进料门上端滑动连接在滑槽内，进料门滑动打开进料口可带动第一推板可经进料口伸出至第一工作台上；第二推板下端沿台板方向设有第二滑槽，出料门上端滑动连接在第二滑槽内，出料门滑动打开出料口可带动第二推板可经出料口伸出至第二工作台上；第一工作台高于台板，第二工作台低于台板；

所述真空室外一侧固定有第一电磁铁，真空室外另一侧固定有第二电磁铁，第一电磁铁和第二电磁铁均通电时异级相对；所述激光透射单元包括激光透射镜片和固定在真空室位于透射孔处的箱筒，激光透射镜片嵌设在箱筒内，箱筒的下端一圈嵌设有冷水管，冷水管连通有冷水循环单元。

2.如权利要求1所述的智能激光焊接装置，其特征在于，所述箱筒上端设有向激光透射镜片上方抽气的风扇，所述冷水循环单元包括冷水箱、水泵和热水箱，冷水箱上端开口，冷水箱位于风扇远离透射镜片的一侧，冷水管一端连通于冷水箱，冷水管另一端连通于热水箱。

3.如权利要求1所述的智能激光焊接装置，其特征在于，所述进料室远离真空室的一侧设有挡板，所述真空室上设有活塞杆与挡板固定的气缸。

4.如权利要求1所述的智能激光焊接装置，其特征在于，所述第一挡门上设有朝向第一工作台的推杆。

5.如权利要求1-4任一项所述的智能激光焊接装置，其特征在于，所述真空室上端位于箱筒外沿处放置有磁环，所述真空室内设有与磁环吸附的防护筒，防护筒中心处设有用于使激光穿过的透明防护镜。

6.如权利要求5所述的智能激光焊接装置，其特征在于，所述第一挡门铰接在挡板上，第二挡门铰接在出料室上，第一挡门的外沿设有将进料室密封的第一密封圈，第二挡门的外沿设有将进料室密封的第二密封圈。

7.如权利要求6所述的智能激光焊接装置，其特征在于，所述第一工作台上设有第一卡槽，第一推板上设有与卡槽配合的第一搭扣，第一卡槽和第一搭扣相互配合的端面设有第一磁吸结构；所述第二工作台上设有第二卡槽，第二推板上设有与卡槽配合的第二搭扣，第二卡槽和第二搭扣相互配合的端面设有第二磁吸结构。